खगोलशास्त्रीय विषयांमध्ये कृष्णविवर हे निर्विवादपणे सर्वाधीक लोकांचे लाडके असते. अशा या कृष्णविवरांच्या अंतरंगात डोकावुन पाहुया.

पृथ्वीभोवतीच्या कक्षेत जर तुम्हाला एखादा उपग्रह स्थापायचा असेल एका ठरावीक किमान गती पेक्षा अधीक गतीने त्याला दूर ढकलावे लागते. पृथ्वीकरता साधारण ७ मैल (११ कि.मि.) प्रतिसेकंद इतकी ही escape (सटक?) गती आहे. ही गती पृथ्वीच्या वस्तुमानावर तसेच त्रिज्जेवर अवलंबुन असते. वस्तुमान वाढल्यास किंवा त्रिज्जा कमी झाल्यास ही किमान गती वाढते. गुरुपासूनची सटकगती ३७ मैल/सेकंद आहे. जर तुम्ही सुर्याचे वस्तुमान एका पुरेश्या छोट्या चेंडुत ठासुन भरले तर त्याची सटकगती प्रकाशाच्या वेगापेक्षा जास्त असेल. म्हणजेच प्रकाशसुद्धा अशा वस्तुपासून दूर जाऊ शकणार नाही. प्रकाशाची गती (१८६००० मैल/सेकंद = ३००००० किमि/सेकंद) ही विश्वातील सर्वाधीक असल्याने अशा घनगोलकापासुन काहिही सटकु शकत नाही. हुर्रे, आपण एक कृष्णविवर बनविण्यात यशस्वी झालो आहोत.

पण आपण खरेच का सुर्याला येवढे छोटे बनवु शकु? almost. ते समजण्याकरिता सुर्य कसा तळपतो आणि त्याचा आकारमान आहे तितकेच का आहे ते पाहुया. हायड्रोजनच्या हिलियम मध्ये होत असलेल्या (आणि हिलियमच्या आणखी जास्त वस्तुमानाच्या मुलद्रव्यांमध्ये) रुपांतरामुळे ताऱ्यांमध्ये उर्जेची व प्रकाशाची निर्मिती होते. सुर्याच्या अंतर्भागात बनणाऱ्या या किरणांमुळे आतल्या बाजुकडुन एक दाब निर्माण होतो. यामुळेच हायड्रोजनच्या बाहेरील layers आत कोसळत नाहीत. सुर्यामध्ये कांद्यासारख्या पाकळ्या आहेत अशी कल्पना करा. जेंव्हा आतल्या भागातील इंधन संपते तेंव्हा त्या प्रक्रीयेमुळे निर्माण होणारा दाबही नष्ट होतो व बाहेरील भाग आत कोसळतो. सुर्याइतके वस्तुमान असलेल्या ताऱ्यांचे पृथ्वीइतका आकार असलेले श्वेतबटु बनतात. म्हणजेच कृष्णविवर नाही. यापेक्षा जास्त कोसळुन अजुन छोटे का बनत नाहीत? कारण दूसरा एक दाब तोपर्यंत तयार होतो. या दाबाला degeneracy दाब म्हणतात. अणुंमधील ऋणभारीत इलेक्ट्रॉन्स हे फर्मीऑन या प्रकारात मोडतात. फर्मीऑन्सची ही property असते की एका प्रकारचे दोन फर्मीऑन्स एकाच उर्जापातळीवर नांदु शकत नाहीत. त्यांना एकत्र ठासायचा प्रयत्न झाल्यास ते प्रतिकार करतात व degeneracy दाब निर्माण होतो. पण जर ताऱ्याचे वस्तुमान सुर्याच्या वस्तुमानापेक्षा १.४ पटीने जास्त असेल तर गुरुत्वाकर्षीय बल वरचढ ठरुन इलेक्ट्रॉन्सच्या degeneracy दाबाच्या प्रतिकाराचा विमोड होतो. आकाराने तारा आणखीन छोटा होतो, व इलेक्ट्रॉन्सचा घनभारीत प्रोटॉन्सशी मिलाप होऊन त्यांचे न्युट्रॉन्स बनतात आणि ताऱ्याचे न्युट्रॉन्सच्या एका गोळ्यात रुपांतर होते. सुर्य जर न्युट्रॉन तारा बनु शकला असता तर त्याचा व्यास केवळ ६ कि.मि. इतका असता (पण तरीही कृष्णविवर नाही), आणि हा सर्व प्रकार केवळ तासाभरात संपला असता. पण मग तिथे तरी हा प्रकार का थांबतो? आता का नाही त्या ताऱ्याचे कृष्णविवर बनत? कारण इलेक्ट्रॉन्स प्रमाणेच न्युट्रॉन्स हे देखील फर्मीऑन्स असतात. त्यामुळे आता त्यांचा दाब ताऱ्याला अंतर्स्फोटापासुन वाचवतो. न्युट्रॉन्सचा गुरुत्वाकर्षणाविरुद्ध प्रतिकार इलेक्ट्रॉन्सच्या तुलनेत जास्त असतो पण केवळ एका मर्यादेपर्यंत. जर अंतर्स्फोट होऊ घातलेल्या ताऱ्याचे (याला तांत्रीक परीभाषेत progenitor असे म्हणातात) वस्तुमान सुर्याच्या वस्तुमानाच्या तीन- ते दहापट असेल (नेमके अजुन माहीत नाही) तर मात्र पुर्ण अंतर्स्फोट होऊन ताऱ्याचे कृष्णविवर बनेल आणि दृष्टिपथातुन पुर्णपणे नाहिसे होईल. अशाप्रकारे ताऱ्यांचे कृष्णविवर बनते. आजुबाजुच्या गोष्टी गिळंकृत करुन ते अजुन गलेलठ्ठ बनते व त्याचा प्रभाव वाढतो. जितक्या परिसरातुन कृष्णविवराच्या प्रभावातुन कुणाचीही सुटका होत नाही त्या घनगोलाच्या त्रिज्जेला श्रॉस्शील्ड त्रिज्जा असे संबोधल्या जाते.

कृष्णविवरे या एकाच प्रकारची असतात? म्हणजे एकेकट्या ताऱ्यांची बनलेली? नाही तर! आणखीन दोन प्रकारच्या कृष्णविवरांबद्दलचे ज्ञान आपल्याला आहे. आकाशगंगे सारख्या मोठ्या दिर्घीकांमध्ये साधारण एक लाख तारे असलेले गोलाकार पुंजके असतात. या ग्लोब्युलर क्लस्टर्सच्या केंद्रस्थानी सुर्याच्या कित्येक हजारपटीने वस्तुमान असलेली कृष्णविवरे आढळतात. मोठमोठ्या दिर्घीकांच्या केंद्रस्थानी त्याहीपेक्षा हजार ते लक्ष पटीने महाकाय कृष्णविवरे आढळतात. या अवाढव्यतेमुळे व त्यांचाबरोबर येणाऱ्या शक्तिशाली जेट मुळे हीच साधारणत: बातम्या बनुन आपल्यापर्यंत पोचतात.

अगदी बारकी कृष्णविवरे असणे पण शास्त्राला अमान्य नाही. कृष्णविवरांपासुन कुणाचिही सुटका नसली तरीही ते हॉकींग रेडीएशन नामक किरणे फेकत असतात. या किरणांचे प्रमाण कृष्णविवराच्या वस्तुमानाच्या उलट्या प्रमाणात असते. महाकाय कृष्णविवरे जितकी किरणे उत्सर्जीत करतात त्या पेक्षा अधीक उर्जा त्यांना सभोवतालातुन प्राप्त होते. त्यांच्या सभोवताली गारेगार पोकळी असते, पण दिर्घीकांमधील जागेचे तापमान सुद्धा निरपेक्ष शुन्याच्या (absolute zero) वर असते. जर रेडिओ दोन स्टेशनांच्या मध्ये लावलात तर जो आवाज येतो तो या बिग बॅंगने मागे सोडलेल्या अतिप्राचीन काळाचे तापमान दर्शविणाराच असतो. तर यामुळे मोठी कृष्णविवरे उर्जा मिळवतात तर छोटी उर्जा दवडुन वस्तुमानाला मुकतात, अजुनच उर्जा घालवतात आणि असे करत एक शेवटचा प्रखर प्रकाश निर्माण करुन नाहिशी होतात.

या विषयावरील संशोधन अविरत सुरु आहे आणि आपल्याला समजलेल्या आणि न उमगलेल्याच्या सिमारेखेवर अनेक होऊ घातलेल्या सिद्धांतादरम्यान चुरशीची चढाओढ पण सतत सुरु असते आणि उत्तरांपेक्षा प्रश्नच जास्त असतात. निरिक्षणांद्वारे मोजमाप करु शकु असे कृष्णविवरांच्या बाबत काही असते का? आकलनाला व कल्पायला कठीण अशा अनेक गोष्टींचा जन्म एखाद्या समीकरणाच्या रुपातच होतो. अशा समीकरणांची उत्तरेच दर्शवु शकतात की कशाचे मोजमाप केल्याने एखाद्या अशा धुडाची नाडी हाती लागु शकेल.
कृष्णविवरांच्या बाबतीत बहुतांश वैज्ञानिकांना मान्य असलेली समीकरणे सांगतात की आपण मोजु शकु अशा तीन properties नी कृष्णविवराचा सर्व कारभार व वागणुक ठरतात: वस्तुमान, विद्युतभार व कोनीय गती (angular momentum). पण मग कृष्णविवराच्या अंतर्भागात नाहिशा झालेल्या गोष्टींचे व माहितीचे काय होते? वरील तीन परिमाणांमध्ये झालेली कमी-अधीकता वगळता आत काय पडले याचे सर्व ज्ञान नष्ट होते. एक किलो कापुस काय आणि एक किलो सोने काय, सारखेच. एका मूलभूत सिद्धांताप्रमाणे माहितीचे स्वरूप बदलु शकते, पण माहिती नष्ट होऊ शकत नाही. अर्थातच या दोन नियमांचे एकमेकांशी पटत नाही. कधीतरी त्यांचे पटेल असा काही दुवा मिळेल. सध्या आपल्याला अप्रत्यक्ष निरिक्षणांद्वारे इतकेच माहीत आहे की कृष्णविवरे असतात व त्यांचा आसपासच्या भागावर प्रभाव असतो.

काय असतात ही निरिक्षणे? श्रॉस्शील्ड त्रिज्जेच्या आत गुरुत्वाकर्षणाचा पगडा जरी संपुर्ण असला तरी त्याबाहेर मात्र कृष्णविवराचा प्रभाव तितक्याच वस्तुमानाच्या दुसऱ्या पदार्थांइतकाच असतो. पण जेंव्हा हे कृष्णविवर महाकाय असते तेंव्हा अर्थातच हे बळ जबरदस्त असते व आसपासचे वस्तुमान आत खेचल्या जाते. यामुळे उद्भावणाऱ्या खेचाखेची, घर्षण व टकरांमुळे अफाट अंतरावरुन दिसु शकतील अशा क्ष-किरणांचे (व इतरही कंपनांकांच्या विद्युतचुंबकीय लहरींचे) उत्सर्जन होते. यामुळेच दूरदूरच्या दिर्घीकांमध्ये दबा धरुन बसलेल्या कृष्णविवरांबद्दल आपल्याला कळु शकते.

कृष्णविवरे मानवाला आकर्शीत करत राहतीलच. लॅरी नायव्हनने तर एक विज्ञान-कथा लिहिली आहे: "How to commit murder using a mini-black hole". कोण म्हणेल विज्ञान उपयोगी नसते म्हणुन?
----------------------------------
आकृति १:

शेजारी ताऱ्यातील वायु शोषणारे ताराकृष्णविवर चित्रकाराच्या कल्पनाविलासातुन. तापमान वाढलेल्या या वायुमुळेच क्ष-किरणांचे उत्सर्जन होऊन कृष्णविवराच्या अस्तित्वाची चाहुल लागते.
सौजन्य: http://www.msnbc.msn.com/id/21546006/

आकृति २:

दिर्घीकाकृष्णविवराकडे आकर्षीत झालेल्या वस्तुमानामुळे क्ष-किरणांच्या जेटची निर्मीती होते. चंद्रा दुर्बीणीने घेतलेल्या या चित्रात 3C321 नामक क्ष-किरण स्त्रोत शेजारच्या दिर्घीकेला छळतांना दिसतो आहे.
सौजन्य: http://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/07-139.html